【文章內(nèi)容簡介】 分別輸出280，400mA?？捎米髫撦d電源。CPU 221226各有2種類型CPU，具有不同的電源電壓和控制電壓。CPU 221具有6個輸入點和4個輸出點，CPU 222具有8個輸入點和6個輸出點，CPU 224具有14個輸入點和10個輸出點，CPU 224XP具有14個輸入點和10個輸出點，CPU 226具有24個輸入點和16個輸出點。2路高頻率脈沖輸出（最大20KHz），用于控制步進電機或伺服電機實現(xiàn)定位任務(wù)。用于長時間數(shù)據(jù)后備。用戶數(shù)據(jù)（如標(biāo)志位狀態(tài)，數(shù)據(jù)塊，定時器，計數(shù)器）可通過內(nèi)部的超級電容存貯大約5天。選用電池模塊能延長存貯時間到200天（10年壽命）。電池模塊插在存儲器模塊的卡槽中。STEP 7Micro/WIN32 編程軟件可以對所有的CPU 221/222/224/224XP/226功能進行編程。 CPU概述 西門子S7200的CPU模塊包括一個中央處理單元、電源以及數(shù)字I/O點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設(shè)備中。CPU負責(zé)執(zhí)行程序，以便對工業(yè)自動化控制任務(wù)或過程進行控制。 西門子第二代產(chǎn)品有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元。（a）CPU 221具有6IN/4OUT，共計10個點的I/O，無擴展能力，有6KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間。還具有4個獨立的30kHz高數(shù)計數(shù)器，2路獨立的20kHz高數(shù)脈沖輸出端，一個RS485通訊/編程端口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由通訊方式。非常適合小點數(shù)的控制系統(tǒng)。 （b）CPU 222具有8IN/6OUT，共計14點I/O，可以擴展8路模擬量和最多64個I/O，因此使更廣泛的全功能控制器。（c）CPU 224在CPU 222的基礎(chǔ)上使主機的I/O點數(shù)增為24點，最大可擴展為168點數(shù)字量或者35點模擬量的輸入和輸出；存儲量也進一步增加，還增加了一些數(shù)字指令和高數(shù)計數(shù)器的數(shù)量，具有較強的控制能力。（d）CPU 226在CPU 224的基礎(chǔ)上功能又進一步增強，主機輸入和輸出點增加到40點，最大可擴展為248點數(shù)字量和35點模擬量；增加了通訊口的數(shù)量，通訊能力大大增強；它可用于點數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。 CPU型號的選擇 根據(jù)控制點數(shù)來計算，可以選用CPU226這個型號的CPU，CPU226有24IN/16OUT，最大可以擴展為248點數(shù)字量或35點模擬量。其特點如下：（a）集成的24V電源：可直接連接到傳感器和變送器、執(zhí)行器，可用作負載電源。（b）高速脈沖輸出：具有2路高速脈沖輸出端，輸出脈沖頻率可達20KHZ，用于控制步進電機或伺服電機，實現(xiàn)定位任務(wù)。（c）通信口：CPU226具有2個RS485通信口，支持PPI、MPI協(xié)議，有自由口通信能力。（d）模擬電位器：CPU226有兩個模擬電位器，用來改變特殊寄存器中的數(shù)值，以改變程序運行的參數(shù)，如定時器、計數(shù)器的預(yù)設(shè)值，過程量的控制參數(shù)。（e）中斷輸入允許以極快的速度對過程信號的上升沿做出響應(yīng)。 安全系統(tǒng)（1）貨架占有情況檢測 自動化倉庫需要知道貨物是否存放在貨架，或者貨物在貨架的位置信息。以免造成誤動作，損傷機械。入庫操作時，當(dāng)堆垛機到達目標(biāo)位置時，先檢測貨位是否有貨物，若沒有貨物，則進行伸叉作業(yè)，否則發(fā)出信號使堆垛機動作停止；出庫時，若檢測出相應(yīng)貨位無貨物，則發(fā)出信號致堆垛機動作停止。本文采用漫反射型的光電傳感器可以感知貨物在貨架的存在或者位置。（2）貨物突出貨架檢測 貨物存放在貨架上，可能由于異常的情況導(dǎo)致貨物突出貨架的情況。這些突出的貨物可能妨礙堆垛機垂直方向的運行，導(dǎo)致貨架或堆垛機的損害。在堆垛機垂直軌道上頂端安裝長距離光電傳感器可以監(jiān)視貨物突出，一旦有突出，向上位機報警，控制系統(tǒng)發(fā)出信號致堆垛機停止運行。（3）終端限位裝置 堆垛機立柱導(dǎo)軌的極限位置設(shè)有限位開關(guān)，載貨臺到達各方向極限位置時相應(yīng)電機緊急停轉(zhuǎn)。水平、垂直以及伸縮方向兩端各一個限位開關(guān)。 通信方式 為了控制無人運轉(zhuǎn)堆垛機，必須向堆垛機發(fā)送運轉(zhuǎn)和作業(yè)的信息。一個指令執(zhí)行完了之后，必須從堆垛機向地面發(fā)送響應(yīng)信號，即確認信號，之后才能執(zhí)行下一個指令。堆垛機的信息傳遞順序是：堆垛機首先接受的作業(yè)信息是從什么地方取貨，之后把它存入什么貨位。堆垛機控制盤在收到作業(yè)信息之后向地面控制盤發(fā)出響應(yīng)信息。堆垛機根據(jù)作業(yè)信息進行作業(yè)。作業(yè)完了之后，向地面發(fā)出“作業(yè)結(jié)束”信息。這樣把一系列作業(yè)進行完了之后，成為等待下一個作業(yè)信息的待機狀態(tài)。 串行通信中最常用的物理層協(xié)議為RS232C和RS485。本文采用RS485標(biāo)準。主要基于以下兩點考慮：（a）RS232C接口標(biāo)準只能用于點對點的通信，而RS485能實現(xiàn)多點對多點的通信。RS485允許平衡電纜上連接32個發(fā)送器、接收器。立體倉庫控制系統(tǒng)要求監(jiān)控系統(tǒng)和4臺堆垛機控制系統(tǒng)連接，要求物理層的協(xié)議必須支持一點對多點的通信。（b） RS485采用差動發(fā)送、接收，所以共模抑制比高，抗干擾能力強。立體倉庫的工作環(huán)境較惡劣，熱、電、磁等干擾信號較多，要求通信網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力較強，才能保證數(shù)據(jù)的正確接收。RS485標(biāo)準除上述優(yōu)點外，還具有傳輸速率高、傳輸距離遠等優(yōu)點。 由于PLC帶有串行通信接口，只需用RS485總線分別連接到計算機即可，可見系統(tǒng)的構(gòu)建十分簡單當(dāng)需要增加新設(shè)備時，只需要將新設(shè)備也連接到計算機，系統(tǒng)的擴展也較容易。4 堆垛機控制程序設(shè)計（1）軟件介紹 STEP 7編程軟件用于西門子系列工控產(chǎn)品包括SIMATIC SMC7和基于PC的WinCC的編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置，是SIMATIC工業(yè)軟件的重要組成部分。Step7 Micro版本適用于西門子S7200的編程軟件。 STEP7 Micro/Win32的基本功能是協(xié)助用廣完成丌發(fā)應(yīng)用軟件的任務(wù)，例如創(chuàng)建用廣程序、修改和編輯源有的用戶程序，編輯過程中編輯器具有簡單語法檢查功能。同時還有一些工具性的功能，例如用戶程序的文檔管理和加密等。此外，還可直接用軟件設(shè)置PLC的工作方式、參數(shù)和運行監(jiān)控等。 程序編輯過程中的語法檢查功能可以提前避免些語法和數(shù)據(jù)類型方面的錯誤。梯形圖中的錯誤處的下方白動加紅色曲線，語句表中錯誤行前有紅色叉，且錯誤處的下方加紅色曲線。軟件功能的實現(xiàn)可以在聯(lián)機工作方式（在線方式）下進行，部分功能的實現(xiàn)也可以在離線工作方式下進行。 聯(lián)機方式：有編程軟什的計算機與PLC連接，此時允許兩者之間做直接通信。 離線方式：有編程軟件的計算機與PLC連接，此時能完成大部分基本功能。如編程、編澤和調(diào)試程序系統(tǒng)組態(tài)等。（2）編程語言 PLC的用戶程序，是設(shè)計人員根據(jù)控制系統(tǒng)的工藝控制要求，通過PLC編程語言的編制規(guī)范，按照實際需要使用的功能來設(shè)計的。只要用戶能夠掌握某種標(biāo)準編程語言，就能夠使用PLC在控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)各種自動化控制功能。根據(jù)國際電工委員會制定的工業(yè)控制編程語言標(biāo)準（IEC11313），PLC有五種標(biāo)準編程語言：梯形圖語言（LD）、指令表語言（IL）、功能模塊語言（FBD）、順序功能流程圖語言（SFC）、結(jié)構(gòu)文化本語言（ST）。這五標(biāo)準編程語言，十分簡單易學(xué)。 （a）梯形圖語言是PLC程序設(shè)計中最常用的編程語言。它是與繼電器線路類似的一種編程語言。由于電氣設(shè)計人員對繼電器控制較為熟悉，因此，梯形圖編程語言得到了廣泛的歡迎和應(yīng)用。　梯形圖編程語言的特點是：與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性；與原有繼電器控制相一致，電氣設(shè)計人員易于掌握。　梯形圖編程語言與原有的繼電器控制的不同點是，梯形圖中的能流不是實際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實際存在的繼電器，應(yīng)用時，需要與原有繼電器控制的概念區(qū)別對待。 （b）指令表編程語言是與匯編語言類似的一種助記符編程語言，和匯編語言一樣由操作碼和操作數(shù)組成。在無計算機的情況下，適合采用PLC手持編程器對用戶程序進行編制。同時，指令表編程語言與梯形圖編程語言圖一一對應(yīng)，在PLC編程軟件下可以相互轉(zhuǎn)換。圖3就是與圖2PLC梯形圖對應(yīng)的指令表?！≈噶畋肀砭幊陶Z言的特點是：采用助記符來表示操作功能，具有容易記憶，便于掌握；在手持編程器的鍵盤上采用助記符表示，便于操作，可在無計算機的場合進行編程設(shè)計；與梯形圖有一一對應(yīng)關(guān)系。其特點與梯形圖語言基本一致。 （c）功能模塊圖語言是與數(shù)字邏輯電路類似的一種PLC編程語言。采用功能模塊圖的形式來表示模塊所具有的功能，不同的功能模塊有不同的功能?！」δ苣K圖編程語言的特點：功能模塊圖程序設(shè)計語言的特點是：以功能模塊為單位，分析理解控制方案簡單容易；功能模塊是用圖形的形式表達功能，直觀性強，對于具有數(shù)字邏輯電路基礎(chǔ)的設(shè)計人員很容易掌握的編程；對規(guī)模大、控制邏輯關(guān)系復(fù)雜的控制系統(tǒng)，由于功能模塊圖能夠清楚表達功能關(guān)系，使編程調(diào)試時間大大減少。 （d）順序功能流程圖語言是為了滿足順序邏輯控制而設(shè)計的編程語言。編程時將順序流程動作的過程分成步和轉(zhuǎn)換條件，根據(jù)轉(zhuǎn)移條件對控制系統(tǒng)的功能流程順序進行分配，一步一步的按照順序動作。每一步代表一個控制功能任務(wù)，用方框表示。在方框內(nèi)含有用于完成相應(yīng)控制功能任務(wù)的梯形圖邏輯。這種編程語言使程序結(jié)構(gòu)清晰，易于閱讀及維護，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調(diào)試時間。用于系統(tǒng)的規(guī)模校大，程序關(guān)系較復(fù)雜的場合。 （e）結(jié)構(gòu)化文本語言是用結(jié)構(gòu)化的描述文本來描述程序的一種編程語言。它是類似于高級語言的一種編程語言。在大中型的PLC系統(tǒng)中，常采用結(jié)構(gòu)化文本來描述控制系統(tǒng)中各個變量的關(guān)系。主要用于其他編程語言較難實現(xiàn)的用戶程序編制。 系統(tǒng)控制要求（a）當(dāng)選擇開關(guān)置于自動位置時，系統(tǒng)復(fù)位到初始位置，各個軸回到原點。（b）執(zhí)行入庫指令：選擇欲入庫的倉位號，按動倉位號對應(yīng)按鈕，控制面板上的效碼管顯示倉位號；按動按鈕，起動入庫操作，當(dāng)載貨臺上有貨物時，起重機自動將貨物送入到指定的倉位；若被選擇倉位內(nèi)已有貨物時，則該入庫操作不被執(zhí)行；載貨臺若無貨物，則下一個入庫操作將不被執(zhí)行。 （c）執(zhí)行出庫指令：選擇欲出庫的倉位號，按動倉位號對應(yīng)按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示倉位號；按動按鈕，當(dāng)載貨臺上有貨物時，起重機不執(zhí)行任何操作；若被選擇倉位內(nèi)無貨物時，則該出庫操作不被執(zhí)行；當(dāng)按下按鈕，載貨臺上無貨物，且該倉位內(nèi)有貨物時，起重機自動將貨物從指定的倉位轉(zhuǎn)移到載貨臺上。 分析控制方案 本文設(shè)計的自動化立體倉庫由四巷道組成，每個巷道有左右兩列貨架及一個堆垛機，每個堆垛機所需完成的任務(wù)相同，因此只設(shè)計一套堆垛機控制系統(tǒng)，其他三組相同。因此四個巷道各有由一個下位機控制，整個立體庫由一個上位機進行管理監(jiān)控。本文單純設(shè)計單一堆垛機的PLC控制部分。 堆垛機控制系統(tǒng)主要工作方式為自動和手動，其中自動控制只需人工輸入要存、取貨物的貨格位置，堆垛機將自動完成存、取貨物的動作。而手動方式，則需人工控制堆垛機的位置移動及貨叉的伸、縮，此方式多用于維修、調(diào)試。 自動控制的主要內(nèi)容為貨物的存、取及安全保護，具體控制分析見表41：表41 控制動作分析表主要內(nèi)容控制分解行走水平行走垂直升降左右伸縮定位水平方向定位垂直方向定位伸縮方向控制安全保護各軌道的兩端限定堆垛機運行極限（6個限位開關(guān)）貨架占有及貨叉位置監(jiān)測裝置（光電傳感器） 系統(tǒng)工作流程根據(jù)控制系統(tǒng)運動要求，分解整理后得到堆垛機工作流程圖，入庫流程見圖41，出庫流程見圖42。是是否否否水平及垂直運行到指定的列及層到達指定位置載貨臺調(diào)至托盤位置調(diào)整到位貨叉伸出貨叉伸出到位載貨臺下降下降到位貨叉收回貨叉收回到位結(jié)束是開始滿足位置的高度貨叉伸出貨叉伸出是否到位行至指定的入庫臺位置到達指定位置升降機構(gòu)升至指定的入庫臺高度到達指定高度入庫臺位置高度的微調(diào)整載貨臺微調(diào)整是否到達位置貨叉收回貨叉是否到位是是是否否否是是是是是否否否否否 圖41 入庫操作流程圖圖4是否否微提升，位置調(diào)整是是否到達指定位置微升起，調(diào)整位置貨叉伸出伸出到位貨叉伸出是開始到達指定位置微下降，位置調(diào)整到達微下降位置是否水平和垂直同時運動到指定列和層是否否是達到伸出位置否結(jié)束微下降，位置調(diào)整否達到微下降位置是到達微提升位置水平和垂直運行到出庫臺高度貨叉到位出庫臺是貨叉收入貨叉到達位置否2出庫操作流程圖 I/O分配首先進行輸入輸出點的統(tǒng)計。將按鈕、各軸的安全限位、檢測結(jié)果、輸入值設(shè)定為輸入值，統(tǒng)計得共16個輸入點。將對電機的脈沖信號、記錄表、指示燈等設(shè)定為輸出值，統(tǒng)計得14個輸出點。將各元器件與PLC的I/O點連接，以實現(xiàn)PLC對各功能的控制，I/O分配表見表42。表42 I/O分配表符號地址注釋D0矩陣掃描第